《機電傳動控制》(第5版)(全套教案)期末復習用

1、（第五版）教案第1章緒論1.1機電系統(tǒng)的組成=機械運動部件+機電傳動+電氣控制系統(tǒng)。1.機械運動部件完成生產(chǎn)任務的基礎，機械執(zhí)行部分；2 .機電傳動=電力傳動或電力拖動，是驅動生產(chǎn)機械運動部件的原動機的總稱；3 .電氣控制系統(tǒng)控制電動機的系統(tǒng)。1.2機電傳動的目的和任務1. 機電傳動的目的機機將電能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、停止、以及速度調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)工藝的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進行2. 機電傳動的任務廣義上講一一使生產(chǎn)機械設備、生產(chǎn)線、車間甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化。狹義上講機機專指控制電動機驅動生產(chǎn)機械，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量的增加、質量的提高、生產(chǎn)成本的降低、工人勞動條件的改善以及能源

2、的合理利用。1.3機電傳動控制的發(fā)展概況一、驅動系統(tǒng)的發(fā)展階段：1. 機組拖動一一一臺電動機拖動一根天軸一-通過帶輪和傳動帶一-分別拖動各（一組）生產(chǎn)機械。生產(chǎn)效率低、勞動條件差，一旦電動機或傳動環(huán)節(jié)發(fā)生故障則造成成組生產(chǎn)機械停車。2. 單電動機機機一臺電動機拖動一臺生產(chǎn)機械，較成組拖動進了一步。但當生產(chǎn)機械的運動部件較多時，其機械傳動機構則十分復雜。3. 多電動機拖動機機一臺生產(chǎn)機械的每一個運動部件都有專門的電動機拖動。不僅大大簡化了生產(chǎn)機械的傳動機構，而且控制靈活，為自動化提供了有利條件，是現(xiàn)代化機電傳動的典型方式二、控制系統(tǒng)的發(fā)展階段：1.接觸器繼電器控制機機出現(xiàn)在20世紀初，應用廣泛、

3、成本低；但控制速度慢、精度差。2 .電動機放大機控制（30年代）、磁放大機控制（4050年代）一一從斷續(xù)控制發(fā)展到連續(xù)控制，并具有了輸出反饋環(huán)節(jié)，簡化了控制系統(tǒng)、減少了電路觸點、提高了可靠性。3 .大功率可控電力半導體器件控制機機具有效率高、反應快、壽命長、可靠性高、維修容易、體積小、重量輕等優(yōu)點。由此，開辟了機電傳動控制的新紀元。4 .機樣控制一一數(shù)控技術+微機應用的高水平斷續(xù)控制，由于采樣周期V控制對象的變化周期，連續(xù)控制。它集電力電子技術、微電子技術、計算機技術為一體，賦予了機電傳動控制新的內(nèi)容。20世紀70年代初一一計算機數(shù)字控制（CNC應用于數(shù)控機床和加工中心，提高了機床的自動化程度

4、、通用性、加工效率。20世紀80年代以來機機工業(yè)機器人誕生，為機加工全面自動化創(chuàng)造了物質基礎。柔性制造系統(tǒng)（FMS、計算機輔助設計（CAD、計算機輔助制造（CAM使產(chǎn)品設計、制造、裝配、試驗和質量管理全過程實現(xiàn)自動化。5.為實現(xiàn)制造過程的高效率、高柔性、高質量，研制計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）是人們當今的任務。1.4課程的性質和任務一、課程的性質1. 機電一體化產(chǎn)品質量和技術水平是當今世界衡量一個國家實力和國際地位的重要標志。2. 實現(xiàn)產(chǎn)品的高質量和技術的高水平，其關鍵是機電一體化技術人才的培養(yǎng)。3.“機電傳動控制”課程的創(chuàng)建，建立了一個融合機電一體化、強弱電控制技術嶄新的課程體系。二、課程

5、的任務1 .培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的“機電復合型”人才。2 .要求學生學習并掌握機械、電、液、氣、計算機等綜合控制系統(tǒng)的技術，包括強電、弱電控制系統(tǒng)。1.5課程的內(nèi)容安排及教學方法一、課程的內(nèi)容1 .第1章緒論；2 .第2章機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎；3 .第3、4章直流電動機、交流電動機的工作原理及特性；4 .第5章各類常用控制電動機的結構特點、工作原理、性能和應用；5 .第6章繼電器-接觸器控制中常用的控制電器和基本控制線路；6 .第7章可編程控制器（PLC）原理及應用技術；7 .第8章電力電子器件、各種變流電路及及其控制；8 .第9、10、11一一各類交、直流調(diào)速系統(tǒng)和步進電動機控制系

6、統(tǒng)的組成、各種原理及性能。二、本課程的課時1 .教材是按72課時編寫的。2 .我們按60課時講授（極個別內(nèi)容稍作刪節(jié)）。三、教學方法1 .復雜公式的理論推導省略，但結論和公式的具體應用講解清楚；2 .各種電器及設備的結構組成、工作原理講解清楚，應用與實踐的結合舉例、引導到位；3 .“學”、“問”結合一一光“學”不問不能開拓視野；光“問”不學，不是好學生；4 .教師把主要內(nèi)容板書清晰，采用簡單符號以利記錄（憶），希望學生認真記好筆記。第2章機電傳動的動力學基礎2.1機電傳動系統(tǒng)的運動方程式1 .單軸傳動系統(tǒng)圖一一見P5/T2.1（a）2 .單軸傳動系統(tǒng)的運動方程式：實用方程式:理論方程式:(P5

7、/S2.1)GD2dnTm-Tl375出(P6/S2.5)式中：Tm、Tl分別為電動機產(chǎn)生的轉矩、負載轉矩，單位皆為Nm；2J、仍、t單一轉動慣量（kg*m卜角速度（rad/s）、時間（s）；GD2一一飛輪慣量（N,m2）,G、D單一轉動部分的重量n單一電動機的轉速，r/min。3.驅動轉矩、負載轉矩轉速的正方向約定及性質判定以電動機的轉速方向為參照量、且為正方向；電動機轉矩與轉速一致的方向為正方向，負載轉矩與轉速相反的方向為正方向；電動機轉矩與轉速方向一致（同十或一）為拖動轉矩，否則為制動轉矩；（N）和慣性直徑（m）；工工7h.tl若負載轉矩與轉速方向相反為制動轉矩，否則為拖動轉矩2.3機電

8、傳動系統(tǒng)的負載特性同一轉軸上負載轉矩和轉速之間的函數(shù)關系特別說明。除特別說明外，均指電動機軸上的負載轉矩和轉速之間的函數(shù)關系：TL=f（n）。一、恒轉矩型負載特性一一 TL =C （常數(shù)，下同）0.特點：負載轉矩Tl為常數(shù)。1 .反抗性恒轉矩負載產(chǎn)生原因：摩擦、非彈性體的壓縮、拉伸、扭轉等作用產(chǎn)生的負載轉矩，又稱“摩擦轉矩”。方 向：轉矩方向恒與運動方向相反, 特性曲線：位于坐標系的第一、三象限，圖&4兩棘齒轉挺型負載特性（a）反抗性轉矩 3）位能性轉矩總是阻礙運動的發(fā)展。見 P11/T2.4(a)。2 .位能型恒轉矩負載產(chǎn)生原因：由物體的重力和彈性體的壓縮、拉伸、扭轉等作用產(chǎn)生的負載轉矩。點

9、：負載轉矩TL隨轉速n的二次方成正比。特性曲線：位于坐標系的第一象限，從坐標原點向右上方向呈上凸曲線形，見P11/T2.5 。圜7恒功率由由理號性方向：轉矩作用方向恒定，與運動方向無關，它在某方向阻礙（或促進）運動的發(fā)展。特性曲線：位于坐標系的第一、四象限，見P11/T2.4（b）。三、直線型負載特性一一TL=Cn1 .特點：負載轉矩Tl隨轉速n的變化成正比。2 .特性曲線：位于坐標系的第一象限，從坐標原點向右上方向，見P11/T2.6、離心式通風機性負載特性一一Tl=Cn2四、恒功率型負載特性一一tl=c/n1 .特點：負載轉矩TL隨轉速n的變化成反比。Tl=C/nTl,n=C=P（功率）一

10、-即恒功率特性。2 .特性曲線：位于坐標系的第一象限，從左上至右下方向呈下凹曲線形，見P11/T2.7。五、非單一（組合）型負載特性一、_21 .特點：以上幾種負載特性的疊加。例如：實際通風機特性Tl=T0（摩擦轉矩）+Cn2（負載轉矩）2 .特性曲線：此例（實際通風機）的特性曲線見P11/T2.5中的T0（虛線）段。（見上左圖中虛線部分）2.4機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件一、機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的兩重含義1 .系統(tǒng)能以一定速度勻速運轉；2 .系統(tǒng)受外部干擾作用致使運行速度稍有變化時，應保證在干擾消除后恢復到原來的運行速度。、保證系統(tǒng)勻速運轉的必要條件1 .物理條件：電動機軸上的拖動轉矩TM與折

11、算到電動機軸上的負載轉矩TL大小相等、方向相反、相互平衡。n = Tm） 與生產(chǎn)機械的負載特性曲線n = f（）B 有交點一一“拖動系統(tǒng)的平圖2.8 。定工作點的判別2 .幾何意義：電動機的機械特性曲線衡點”。三、穩(wěn)定工作點的判別與分析按P12/T2.8（本教案右圖）講解。四、機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定工作運行的充要條件1 .必要條件一一電動機的輸出轉矩TM與負載轉矩TL大小相等、方向相反。即：電動機的機械特性曲線n=f（TM）與生產(chǎn)機械的負載特性曲線點（即拖動系統(tǒng)的平衡點）。2 .充分條件一一系統(tǒng)受干擾后，要具有恢復到原平衡狀態(tài)的能力即：.當干擾使轉速T）時一一TmYTl（TmTl）。2.5機電傳動系

12、統(tǒng)的過渡過程（略）第3章直流電機的工作原理及特性3.1 直流電機的基本結構和工作原理一、基本結構（見P22/T3.1）1 .定子（磁極）=機座+主磁極+換向極主磁極=主磁極鐵芯（11.5硅鋼片沖壓而成）+勵磁繞組（漆包銅線繞指）組成。產(chǎn)生主磁場。換向極=鐵芯（11.5硅鋼片沖壓而成）+繞組（漆包銅線繞指）組成。改善電樞電流的換向性能。機座固定主磁極、換向極和端蓋等，作為整體的支架和安裝體，還是磁路的一部分。鑄鋼、鑄鐵制造或鋼板壓制。2 .轉子（電樞）=電樞鐵芯+電樞繞組+換向器+軸+風扇等組成。電樞鐵芯一一用硅鋼片沖壓疊成，是主磁路的一部分，呈圓柱形，其上有槽，槽中放電樞繞組，軸向開有通風孔。

13、電樞繞組一一是產(chǎn)生感應電動勢和電磁轉矩以實現(xiàn)能量轉換的關鍵部件，一般由漆包銅線繞制，包上絕緣層后嵌入電樞鐵芯的槽中最后用槽楔封固。換向器一一有若干彼此絕緣的紫銅質換向片組成，每片都和電樞繞組連接。其作用：a）對于發(fā)電機有一將電樞繞組內(nèi)產(chǎn)生的交流電動勢一-直流電動勢輸出；b）對于電動機一一將外加的直流電流一一交流電流輸入電樞繞組，保證每一磁極下導體的電流方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉矩。P23/T3.43 .其他構件包括：前、后端蓋、電刷裝置（電刷+電刷座，固定在端蓋上，電刷與換向器滑動接觸，以使電刷繞組與外電路保持接通）、軸承、風扇、防護罩等。直流電機的基本工作原理1 .直流電機的電動勢：2 .

14、直流電機的電磁轉矩：3 .直流電機在不同運行方式下(P23/T3.5、3.6)E = KeGn(P24/S3.1 )T = Kt6 a(P24/S3.2 )E 和 T 的作用：(P25/B3.1)（）1對磁極白磁通（Wb）Ke 與電機結構有關的常數(shù)Kt 與電機結構有關的常數(shù)電機運行方式E與Ia的方向E的作用T的性質轉矩之間的關系發(fā)電機相同電源電動勢阻力轉矩TL=T+T0電動機相反阻力電動勢驅動轉矩T=TL+T03.2直流發(fā)電機一、他勵發(fā)電機勵磁繞組由外電源供電，勵磁電流 不受電樞端電壓和電樞電流的影響。1 .結構示意圖 見P25/T3.7 （a）即左圖。2 .電路原理圖 見P26/T3.8即下

15、左圖。O L +7f|：； 嚙卜.可。國3-8 他感發(fā)電機的原理電蹙00 3.9 他勵衰電機的登載情性3 .空載特性曲線見P26/T3.9即下左圖。其中E剩磁電動勢=額定電壓的2%5%,失磁后用電池充磁。的發(fā)電機的空里椅性 3,。他發(fā)帆的量鞫性4 .外特性曲線見P27/T3.10即上右圖。5 .從空載到滿載（額定負載）的電壓變化率AU=（U0Un）/Unm100%=一般為5%10%,欲保持端電壓不變，必須T勵磁電流。、自勵發(fā)電機勵磁電流為電樞電流的一部分，勵磁電流受電樞端電壓和電樞電流的影響（但可忽略不計）1 .并勵發(fā)電機結構示意圖見P25/T3.7（b）即下左圖。勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，電線

16、較細而匝數(shù)較多且電阻較大、通過的電流較小。電路原理圖見P27/T3.11即上右圖。磁場建立的條件：a）發(fā)電機的磁極要有剩磁；b）起始勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向相同；c）勵磁電壓要有一定的大?。磩畲耪{(diào)節(jié)電阻的阻值大小要適當）。2 .串勵發(fā)電機（略講）3 .復勵發(fā)電機結構示意圖見P25/T3.7（d）勵磁繞組=兩個=1個串勵繞組（與電樞繞組串聯(lián)）+1個并勵繞組（與電樞繞組并聯(lián)）電路原理圖見P28/T3.14優(yōu)點：在正常運行范圍內(nèi)，端電壓變化不大，彌補了他勵發(fā)電機端電壓隨負載電流T而J的缺點。3.3直流電動機的機械特性一、他勵（并勵）電動機的機械特性同3.“ 勉勵電動挑的機械特性1 .固有（

17、自然）機械特性一一額定條件下的n=f（T）曲線。見P23/T3.16。機械特性硬度一轉矢I變化dT與所引起的車t速變化dn的比值=dT/dn=ATnM100%（3.14）。絕對硬特性（P-8）;硬特性（P10）；軟特性（PnT。b）特點：特性變軟，串入的附加電阻越T,特性越軟。c）電路和特性曲線：見P26/T3.20。二、串勵電動機的機械特性（刪）三、復勵電動機的機械特性（刪）3.4 直流他勵電動機的啟動特性一、啟動電流大小及限制1 .啟動電流大小由P29/S3-11|U=E,知：電動機未啟動之前n=0,E=0,而R卻很小。將電動機直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時，啟動電流1st=UN/Ra將很大

18、化（1020）IN。2 .啟動電流過大的危害使換向器產(chǎn)生火花甚至燒壞；產(chǎn)生過大的電動應力和溫升，引起繞組損壞；過大的啟動轉矩（垢1st）沖擊使機械傳動部件損壞；過大的啟動電流會使保護裝置動作，切斷電源。3 .對啟動電流的限制一般規(guī)定：電樞（轉子）的瞬時電流（1st）w2倍的額定電流（IN）。4 .限制啟動電流的方法降壓啟動一一采用適當方法，在啟動瞬間降低供電電壓，隨著轉速升高和反電動勢的增加，逐步提高供電電壓，直至達到額定電壓時，轉速達到額定值。在電樞（轉子）回路中串接外加電阻啟動一一此時啟動電流Ist=UN/（Ra+Rst）受到外加啟動電阻Rst的限制。隨著轉速nT、反電動勢ET,逐級切除R

19、st,直至Rst=0,電動機達到要求轉速。ffi3.H電樞回路中串接相加電祖的他勵電動機的原理電路圖和機械特性程越平穩(wěn)。原則是：每一級的最大轉矩（電流）W電動機的允許值，而且每一級切換時的最大轉矩（電流）基本相同。一般選擇：T1=（1.62）TN,T2=（1.11.2）TN。3.5 他勵直流電動機的調(diào)速特性Q有關概念（導入知識）1 .速度變化一一由于負載發(fā)生變化（T或J）引起的電動機轉速的變化。2 .速度調(diào)節(jié)一一在某一特定負載下，由于人為地改變電動機的機械特性，而得到的電動機的轉速變化URcR3 .從他勵直流電動機的機械特性方程式n=-aadT（P37/S3.21）可知：改變電樞回路的電阻Ra

20、d;Ke：DKeK改變供電電壓U；改變主磁通都可以得到人為的機械特性一一即“調(diào)速”。從而，直流電動機的調(diào)速方法也就相應的有以下三種：一、改變電樞（轉子）回路的電阻的“調(diào)速”一一電樞回路串接電阻1 .調(diào)速特性曲線見P37/T3.27o2 .特性分析及優(yōu)缺點串接不同的電阻得到不同的轉速；機械特性較軟，串入電阻越大特性越軟；在空載和輕載時，調(diào)速范圍不大；不能實現(xiàn)無級調(diào)速；調(diào)速電阻上消耗大量電能。應用不廣泛（僅在某些起重機、卷揚機等低速、運轉時間不長的傳動系統(tǒng)中采用）。0圖3.鬻航變電粗電氏調(diào)速的蚌性【！】啟動電阻不能當調(diào)速電阻用，否則將被燒壞。二、改變電樞（轉子）供電電壓的“調(diào)速”1 .調(diào)速特性曲線

21、見P38/T3.28o2 .特性分析及優(yōu)缺點當電源電壓連續(xù)變化時，轉速可平滑無級調(diào)節(jié)（在額定轉速以下）調(diào)速特性曲線與固有特性曲線平行，機械特性“硬度”不變，調(diào)速的穩(wěn)定度較高；調(diào)速范圍大；調(diào)速時，因電樞電流與電壓U無關，且6=6N,電動機的轉矩OTffi 3 29 St交主磁遍中胃跡的府性T=KtGN1a不變屬于“恒轉矩調(diào)速”?？梢钥空{(diào)節(jié)電樞電壓而不用啟動設備來啟動電動機一一省掉了啟動設備。三、改變主磁通（定子磁通）的“調(diào)速”1 .調(diào)速特性曲線見P38/T3.29o2 .特性分析及優(yōu)缺點可以平滑無級調(diào)速但只能“弱磁調(diào)速”一一在額定轉速以上調(diào)速；調(diào)速特性較“軟”；受換向條件的限制，調(diào)速范圍不大（0

22、1.2倍的額定轉速）；調(diào)速時，維持電樞電壓U和電樞電流1a不變式功率P=U1a不變屬于“恒功率調(diào)速”。在這種情況下，電動機的轉矩T=KtG1a要隨中的J而J?！荆　炕凇叭醮耪{(diào)速”范圍往往使其與調(diào)壓調(diào)速配合使用一一需要電動機在在額定轉速以下運行，用降壓調(diào)速；在額定轉速以上運行，用“弱磁調(diào)速”。3.6他勵直流電動機的制動特性0、有關概念1 .啟動是從靜止逐漸加速到某一穩(wěn)定轉速的一種運轉狀態(tài)。與制動相對的一種工作狀態(tài)。2 .制動是某一穩(wěn)定轉速減速到停止或是限制位能負載下降速度的一種運轉狀態(tài)。3 .電動狀態(tài)特點是電動機輸出轉矩的方向與轉速方向相同，電動機吸收電能，把電能一-機械能的工作狀態(tài)。4 .制

23、動狀態(tài)特點是電動機輸出轉矩的方向與轉速方向相反，電動機吸收機械能，把機械能一-電能的工作狀態(tài)。一、反饋制動不一電動機的實際轉速n理想空載轉速no時，處于此狀態(tài)。0.特征：電源電壓（極性和大?。┎蛔儯妱訖C的實際轉速n理想空載轉速n0；電樞E電源U,導致Ia反向，由電動狀態(tài)一-發(fā)電狀態(tài)，將機械能一-電能一-回饋回電源；不負載轉矩一-驅動轉矩；電動機輸出轉矩一-制動轉矩。1.不向回饋制動一一負載轉矩與轉速方向相同發(fā)生在電動機拖動機車下坡時：機車加速一-nn0一-使得EU導致T反向一-直至Tp=T+T.一-電機車的位能轉矩帶動電動機發(fā)電一-把位能（機械能）一-電能一-向電源回饋。發(fā)生在電動機電壓下降

24、（調(diào)速）時：電壓T（*J）-Ia和T反向一-電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)一-轉速逐漸J至n02時E=U2,制動結束至一-Tl進轉速進一步J一-T又變?yōu)槭躀-在T=Tl+Tr新的平衡狀態(tài)和新的轉速n2下運行2.反向回饋制動一一發(fā)生在卷揚（起重）機下放重物倒拉反轉時下放重物一-電壓反接一-T變負值一-在（TTl）共同作用下重物加速J-ET、TJ-至T=0和n=-n0不停止一-繼續(xù)加速至In0II-n01時，t為正且與TL反向一-n=-nc、T=TL+Tr,處于新的平衡運行狀態(tài)。二、反接制動下一電樞電壓u和電樞電動勢e在外部條件下由反向變?yōu)橥驎r，電動機處于此狀態(tài)。0.特征：電樞電壓u和電樞電動勢e在外

25、部條件下任一個電動機改變，由反向一-同向。1 .電源反接制動一一改變電樞電壓u的方向所產(chǎn)生的反接制動注意事項一一.處于此狀態(tài)時，e與u串聯(lián)相加施予電樞：為限制1a,必須串接足夠大的1ado下應用場合一一要求迅速減速、停車、反向及經(jīng)常正反轉的生產(chǎn)機械上。2 .倒拉反接制動一一改變電樞電動勢E的方向所產(chǎn)生的反接制動下放重物/轉子回路串入附加電阻一-特性曲線改變一-TMYTL-減速一-至n=0停止上升一-此時仍有TmYTl-下降/E反向一-E與U同向，共同作為制動力矩TM*T一直至TM在=Tl,下降轉速不再T。三、能耗制動下一消耗轉子的機械能，使其盡快停車的制動方法，前提都是先切斷電源。1 .轉子回

26、路串能耗（附加）電阻一一轉子的反電動勢E消耗在附加電阻上，轉子被制動一-停止。2 .反子回路外加電源轉子切割定子磁場的磁力線，消耗其機械能被制動一-停止?！咀ⅰ楷F(xiàn)代機電傳動中，直流電動機已很少應用，對以上知識只一般了解即可。以上所講種種制動方式，理論上無懈可擊，但只依靠電動機自身的制動在機械設備上是既不實用也不可靠的。在實際的機械設備上，減速、下放重物、停車都是切斷電源并依靠機械、電磁或電液剎車裝置實現(xiàn)。交流電機的工作原理及特性留軋三相其小電動機勝皚妁L端方3一然城忘（袋片 口一是于依芯 L定于統(tǒng)相F轉地一轉子 3-MJ3 時一正是11 一獨出12-BL陽門定千知幡手的出桐拄I 一走子軟君徒鋼

27、片一定子斑生 一轉于號.寺任累片4 一耗子第殂4.1 三相異步電動機的基本結構和工作原理一、基本結構（見下圖或P50/T4.1）1 .定子=鐵芯+繞組+機座組成。定子鐵芯一一磁路的一部分，由0.5mm硅鋼片疊壓成一個整體，固定于機座內(nèi)，片與片是絕緣的以J渦流損失，沿內(nèi)圓沖有定子槽，槽中嵌放定子線圈繞組。定子繞組一一三相電動機的定子繞組分三部分對稱地分布在定子鐵芯上，謂之“三相繞組”，分別用AX BY CZ表示，A、R C為首端,X、Y、Z為尾端。繞組中通入三相交流電源，繞組中的電流在定子鐵芯中產(chǎn)生“旋轉磁場”。機座一一固定定子鐵芯和支承轉子等所有零、部件，一般為鑄鐵制作。2 .轉子=鐵芯+繞組

28、+轉軸組成反轉子鐵芯一一也是磁路的一部分，也是由0.5mm硅鋼片疊壓成一個整體，套裝在轉軸上，片與片是絕緣的以J渦流損失，沿外圓沖有轉子槽，槽中嵌放定子線圈繞組（繞線式）或鑄鋁（鼠籠式）轉子繞組a）繞線式轉子一一轉子繞組由線圈組成，“三相繞組”，對稱放入轉子鐵芯槽中。繞組通過軸上的滑環(huán)和端蓋上的電刷接入外加電阻，用于改善啟動性能。b）“鼠籠”轉子一一在轉子槽中鑄鋁，形成“鼠籠”，替代繞組，電動機本身不能串接附加電阻，調(diào)速或改善啟動性能。轉軸一一優(yōu)質碳素鋼整體制造、階梯式結構，中間段外（熱）套轉子鐵芯，近兩端部套裝軸承，輸出端帶鍵槽，以便和皮帶輪或聯(lián)軸器聯(lián)接。、旋轉磁場1 .定子旋轉磁場一一當定

29、子中三相電流隨時間變化而不斷變化時，合成磁場的方向在空間也不斷旋轉，這樣就產(chǎn)生了旋轉磁場。2 .旋轉磁場的方向旋轉磁場的方向與定子中三相電流的方向一致。3 .旋轉磁場的極數(shù)（磁極又數(shù)p）與旋轉速度（同步轉速n0）no=60f/p(P54/S4.4)常用n0：對應于f=50HZ、p=i、2、3、4,n0=3000、1500、1000、750r/min。、三相異步電動機的工作原理1 .繞作原理一一定子產(chǎn)生旋轉磁場一-磁力線切割轉子繞組一-轉子繞組中產(chǎn)生感應電流一-轉子電流與旋轉磁場相互作用一-在轉子上形成電磁轉矩（且方向與旋轉磁場相同）一-轉子旋轉一-軸上有轉矩輸出。2 .轉速差一一轉子和旋轉磁場

30、的轉速差，是保證轉子旋轉的主要因素。3 .轉差率（S）繞一轉速差（n0-n）與同步轉速n0的比值。|s=（您-n）/n0|（P55/S4.5）通常，在額定負載時，S很小0.0150.060。舉例如下:S0.0150.06no300015001000750no-n4518022.590156011.2545n的范圍295528001477.51410985940738.75705一般稱n為280014009507004.2異步電動機的額定參數(shù)一、定子繞組的聯(lián)接方式一一視電源的線電壓而定。1 .星形（Y）接法一一三組線圈的首端接電源，尾端連在一起；適用于電源線電壓380V。2 .三角形（接）接法一

31、一三組線圈的首、尾端依次聯(lián)接后再接電源，適用于電源線電壓220V。定、額定參數(shù)一一額定參數(shù)，明確標注在銘牌上：1 .型號2 .額定功率Pn定一在額定運行工況下，電動機軸上可輸出的機械功率，kwo3 .額定電壓UN繞一在額定運行工況下，定子繞組所加的電壓，V。規(guī)定Un=（15%）Vn。4 .額定頻率fN繞一在額定運行工況下，定子繞組所加的電壓的頻率，Hz。在我國fN=50Hz。5 .額定電流In在Pn、Un、fN運行時，定子繞組的線電流值，A。6 .額定轉速nN在Pn、Un、fN運行時，電動機的轉速，r/min。7 .工作方式（定額）一一一般銘牌上標注“連續(xù)”，即可以連續(xù)運行。8 .溫升（或絕緣

32、等級）一一按標準環(huán)境溫度40計算時，電動機最高允許的溫度升高值。二此值取決于所采用的絕緣材料，銘牌上習慣上都標注絕緣等級。見下表（摘自王進野、張繼良主編本P324）:絕緣材料等級所用絕緣材料最高允許溫升/C最高允許溫度/CA經(jīng)過絕緣浸漬處理的棉紗、絲、紙及普通漆包線。65105B樹脂粘合或浸漬、涂覆的云母、玻璃纖維、石棉等，以及其他無機材料，相容性有機材料。80120E合成有機薄膜、合成有機磁漆、高強度漆包線90130F合適的有機硅樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等，以及其他無機材料，相容性有機材料。115155H經(jīng)相容性有機硅樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等材料。1

33、401809 .電動機質量kg。10 .額定功率因數(shù)cos中N一一在額定工況運行時，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦值。.此值取決于電源，既然我國的電源規(guī)定cosN=0.9.電動機直接在銘牌上標注：cosN=0.9。還有，一般不在銘牌上標注的幾個額定值如下：1 .額定效率n一一在額定工況運行時，電動機的輸出機械功率與輸入電功率之比。nN=Pn/（NnINCOSqn）m100%N *m 。Pt2 .額定負載轉矩Tn一一在額定工況運行時，電動機的軸上的負載轉矩，3.繞線式異步電動機轉子靜止時的滑環(huán)電壓轉子的額定電流。三、三相異步電動機的能流圖（能量損耗示意圖）輸入電功率p=【定子繞組的銅耗AFC

34、+定子鐵芯的鐵耗iFFe1+【轉子繞組的銅耗ARuz+轉子鐵芯的鐵耗（極小，忽略不計）+減去以上電磁功率損耗，剩下的轉化為電動機的機械輸出功率FJ4.3 三相異步電動機的轉矩與機械特性,此內(nèi)容略講）一、定子電路和轉子電路（定子、轉子的相互作用變壓器的原邊與副線圈，1 .定子電路分析（略）2 .轉子電路分析（略）二、三相異步電動機的轉矩一一是由定子旋轉磁場中與轉子電流12相互作用產(chǎn)生的（Ta中12）,還與轉子電路的功率因數(shù)有關。2SRU2T=K22R2(SX20)2(P62/S4.25)式中：K與電動機結構和電源頻率有關的一個常數(shù),U電源電壓;R2轉子每相繞組的電阻;X20電動機不轉時（n=0）

35、,轉子每相繞組的感抗。三、三相異步電動機的機械特性n=f(T)1.固有機械特性一“自然機械特性電動機用規(guī)定接線方式、定、轉子回路不附加任何電阻或電抗時的機械特性，又稱(見P63/T4.23)空載工作點=0、n=rb、S=0。額定工作點=nN、S=SN。此時,TN=9.55R/nSN=(n0-nN)/n0式中：nN一一電動機的額定轉速，一般nN=(0.940.985)n0；Sn電動機的額定轉差率，一般0(1)Sn=0.060.015。啟動工作點T=Tst、n=0、S=1。此時，Tst=KR2U2R2(X20)2(P63/S4.28)【顯然】：UJ和X20T時，1t明顯這是我們所不需要的。為此把T

36、st/Tn=7、作為電動機啟動能力的一個衡量參數(shù)，一般九st=1.01.2。臨界工作點T=Tmax、n=nm、S=Sm,不穩(wěn)定工作點。2.人為機械特性一一人為的改變電動機的某些參數(shù)而獲得的機械特性。J電源電壓時的人為機械特性（見P64/T4.24)a）電壓U的變化空載轉速和臨界轉差率Sm無影響,但TmaxU2,Tmax大大J。b）在負載轉矩不變下，電網(wǎng)UJ導致一電動機發(fā)熱甚至燒壞。定子電路串電阻或電抗時的人為機械特性或下左圖）ST、nJ、IT、(見P65/T4.25OT*7丁2T圈2S定于電路外簟電阻或K5.26放變定于電茶餐罩時電抗時的人為機械特性的人為機總性a）機械特性J電源電壓時的人為機

37、械特性。b）只是最大轉矩降低電源電壓的最大轉矩。改變定子電源頻率f時的人為機械特性（見P66/T4.26或上右圖）0異步電動機的因有啟動斡性改變f對三相異步電動機的影響比較復雜,僅就n=f(T)而言：fJ-臨界SmT、noJ、TstT、而Tmax基本保持不變。轉子回路串接電阻時的人為機械特性（見P66/T4.27）改變轉子回路的電阻，對三相異步電動機的n0、Tmax沒有影響，但隨著串入電阻的T,機械特性比固有（自然）特性疲軟。4.4 三相異步電動機的啟動特性O、生產(chǎn)機械對電動機啟動性能的要求及啟動控制的必要性1 .生產(chǎn)機械對電動機啟動性能的要求有足夠大的啟動轉矩（負載轉矩），以保證生產(chǎn)機械正常

38、啟動；在滿足啟動轉矩要求的前提下，啟動電流越小越好；啟動過程（加速）平滑，以減少對生產(chǎn)機械的沖擊；啟動設備安全可靠，力求結構簡單，操作方便；啟動過程中功率損耗越小越好。2 .直接啟動的危害及啟動控制的必要性啟動電流很大=（47）In；-啟動瞬間轉子靜止一-旋轉磁場以最快的速度切割轉子一-轉子的感應電動勢和感應電流很大一-從而引起很大的定子電流。啟動轉矩卻很小=（0.81.5）TNo啟動電流3轉差率=1、cos中很J-Tst=Kt12stcos中2st很J。、籠型異步電動機的啟動方法1 .直接啟動（全壓啟動）一一將電動機的定子繞組通過開關或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進行啟動。直接啟動（見P

39、67/T4.29）取決于電動機的功率與變壓器供電容量之比：a）有獨立變壓器供電：P4kWV380V的電動機工作時定子繞組為接法）。4 .自耦變壓器降壓啟動電路圖見P69/T4.32或上右圖。工作原理自偶T（的三個繞組接成Y形、原邊接電源、副邊接電動機）衛(wèi)一個可調(diào)電壓的電源,使得電動機的啟動電壓（流）=全壓啟動時的K倍（K轉子IaT,引起過熱損壞電動機。為此，出現(xiàn)了高轉差率電動機，其轉子電阻Ra,可使轉子IaJ,但隨著UJ仍有TaJ和調(diào)速范圍J的缺點。異步電動機調(diào)壓調(diào)速時的損耗及容量限制a）轉差功率Ps（=T典二D=SR）,n越JSPS越T,PS將通過9550使轉子發(fā)熱而消耗掉。，不適于低速、長

40、時間工作的機械。b）定子調(diào)速調(diào)壓特別適合于流體機械（風機與泵），=TL=kn2,nJ-輸入功率J-PSJ。2 .轉子電路串電阻調(diào)速優(yōu)點一一調(diào)速簡單、可靠缺點一一有級調(diào)速，隨著n一一特性j；低速時ps損耗t適用于一一重復、短時運轉的生產(chǎn)機械中（絞車、起重機）。三、變頻（f）調(diào)速（此處刪講，合并到第io章中詳講）。4.6三相異步電動機的能耗制動一、為何采用能耗制動1 .反接制動一一不易準確停車，且易造成反轉。2 .反饋制動一一比較經(jīng)濟，但只能在nn0工況下使用。3 .能耗制動一一易于實現(xiàn)、能夠正確停車、比較常用的制動方法。二、電氣原理圖、機械特性圖1 .電氣原理圖見課本P83/T4.45a）或右上

41、圖。2 .機械特性圖見課本P83/T4.45b）或右下圖。【！】電動機停車后應立即切斷直流電源，否則會燒毀定子繞組；應串入可變電阻器調(diào)節(jié)制動力矩大小；應加上時間繼電器控制制動時間的長短；【補充】有關制動元件的參數(shù)選擇（摘自張運波主編工廠電氣控制技術制動電流：Iz=（23）InIn機一額定電流，銘牌上有標識；變壓器副邊電壓：U2=1.11RIZR電動機兩相繞組間的冷態(tài)電阻，實測。變壓器原邊電壓：U1=U2（35）V變壓器容量S=U2I2,考慮到變壓器只是短時工作，實際容量取S=1/3（U212b二極管：每只管子流過的電流=IZ/2；反向耐壓=2；再考慮（1.52）倍的安全裕量即可。4.7單相異步

42、電動機O、概述1 .定義一一一種容量從幾W到幾百kW、由單相交流電源供電的小型電動機。2 .優(yōu)點一一具有結構簡單、成本低廉、運行可靠、應用廣泛等一系列優(yōu)點。、單相異步電動機的磁場1 .固有（自然）磁場一一在定子與轉子的磁路和氣隙中產(chǎn)生的、不旋轉的交變脈動磁場：B=Bmsin6t。2 .固有磁場的變換一一理論和實踐證明：可以分解成兩個大小相等、轉速相等、方向相反的兩個旋轉分磁場：B=B/23 .啟動轉矩（=0）的分析及結論分析：課本P84/T4.48很難理解，改用王進野、張紀良主編的電機拖動與控制P279/T7.39,易于理解，也好向學生講解。結論：a）在交變脈動磁場作用下的單相交流異步電動機沒

43、有啟動能力，即Tst=0。b）單相電動機一旦啟動，它能自行加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，其旋轉方向完全取決于啟動方向。二、單相異步電動機的啟動方法1 .電容分相式啟動（的單相異步電動機）增加啟動轉矩接線圖一一見P85/T4.49或右左圖。理論上講：啟動線圈的線徑和匝數(shù)應都工作線圈；但從制作工藝考慮：線徑用一樣的，只是匝數(shù)不同。正、反轉接線圖見P85/T4.49或右右圖。當需要正、反轉時，二.互為工作線圈和啟動線圈；兩個線圈的線徑和匝數(shù)都按線圈制作！0工作原理的解釋按P85/T4.50即下圖講解。啟動繞組串入C后，其中的電流超前工作繞組中電流產(chǎn)生一個旋轉磁場，使轉子自行啟動。90。通電后，在定子、轉子及氣

44、隙間(,)(b)電容分相式異步電動機陡轉磁場的產(chǎn)生（G兩相電藏波影（b）網(wǎng)相旋轉敲場結構圖見P86/T4.52或右下圖。圖5.60罩株式單相異步電動機的構2.罩極式啟動（的單相異步電動機）工作原理一一仍按P86/T4.52講解。通過罩極的磁通小分為兩部分=不過罩極的（）1+通過罩極的。2=由于短路環(huán)的影響，使得。2滯后于。1,兩者再合成后的效果產(chǎn)生一個由（）1-（）2移動的磁場且在轉子上產(chǎn)生一個啟動轉矩，使轉子啟動。【！】電容分相式是兩個線圈+1個電容器；罩極式是只有一個線圈+1個罩極（銅環(huán)）。4.8同步電動機O、概述1 .實質一一也是一種三相交流電動機，相對于“異步”而言，只是“同步”的差別

45、而已。2 .用途一一大容量的電力彳專動;補償電網(wǎng)的COS華（發(fā)電廠中的交流發(fā)電機全部是同步發(fā)電機）。一、同步發(fā)動機的基本結構1 .定子一一0異步電動機=工定子鐵芯+定子繞組（三相對稱并通有三相交流電）+機座；2 .轉子一一w異步電動機=工磁極鐵芯+裝在主磁極上的直流勵磁繞組（通有直流電）+特別設置的鼠籠式啟動繞組+電刷+集電環(huán)+轉軸;3 .其他主要零部件一一端蓋、風扇、防護罩、吊環(huán)等。二、轉子主磁極的兩種形狀1 .隱極式一一氣隙小且均勻、動平衡性能好、適用于高速電 動機( 1000r/ min )；但制造相對麻煩。2 .凸極式一一氣隙大且不均勻、動平衡性能差、適用于低速 電速電動機(& 1000r / min )；但制造相對簡單。3 .轉子的直流勵磁功率=(0.3 %2%) IN ,LiNKS.1同聲電動機的鰭料(a)廈極式(b)凸極式，特別適用于大功率、高電壓的場合。、同步電動機的工作原理和特性1 .工作原理：定子繞組中通入對稱三相交流電流后，產(chǎn)生一個旋轉速度n0 =60f / p的旋轉磁場，n0稱為“同步轉速”轉子繞組中通入直流電后，又產(chǎn)生一個大小和極性固定 極對數(shù)與定子旋轉磁場相同的直流勵磁場；以上兩個磁場相互作用，使得轉子被定子旋轉磁場以n0的“同步轉速” 一起旋轉，即n = n0- “同步電動機”。2 .同步電動機的機械特性.n0